Bài giảng máy vô tuyến điện hàng hải phần 1

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH Tổ Hàng Hải Kỹ Thuật BÀI GIẢNG MÁY VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI HP: 011002 (Tài liệu lƣu hành nội bộ) MỤC LỤC CHƢƠNG HỆ THỐNG LORAN C 1.1 Khái niệm hệ thống LORAN-C 1.2 Nguyên lý xây dựng hệ thống 1.3 Xác định vị trí tàu LORAN C 1.4 Độ xác LORAN C 11 CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 13 2.1 Khái quát chung hệ thống GPS 13 2.2 Nguyên lý hoạt động GPS 16 2.3 Các nguyên nhân gây sai số định vị 31 2.4 Vi phân GPS 36 2.5 Ứng dụng hệ thống GPS hàng hải 39 2.6 Khai thác máy thu GPS 41 CHƢƠNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG AIS 42 3.1 Giới thiệu chung hệ thống AIS 42 3.2 Khai thác máy thu AIS 54 CHƢƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ HIỂN THỊ HẢI ĐỒ ĐIỆN TỬ 55 4.1 Giới thiệu chung hệ thống ECDIS 55 4.2 Khai thác sử dụng thiết bị ECDIS 60 CHƢƠNG NGUYÊN LÝ CỦA RADAR HÀNG HẢI 62 5.1 Khái quát chung radar 62 5.2 Nguyên lý hoạt động radar hàng hải 62 CHƢƠNG THÔNG SỐ CỦA RADAR 67 6.1 Thông số khai thác 67 6.2 Thông số kỹ thuật 72 CHƢƠNG MỤC TIÊU, ẢNH TRÊN MÀN HÌNH RADAR 76 7.1 Mục tiêu radar 76 7.2 Các loại ảnh ảo hình radar 76 7.3 Mục tiêu nhân tạo 78 7.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến ảnh tầm xa Radar 79 CHƢƠNG CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA RADAR HÀNG HẢI 82 8.1 Khối anten 82 8.2 Khối chuyển mạch 87 8.3 Khối phát 90 8.4 Khối thu 87 8.5 Khối báo 105 CHƢƠNG CHẾ ĐỘ ĐỊNH HƢỚNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG 115 9.1 Các chế độ báo ảnh 115 9.2 Các chế độ chuyển động 116 CHƢƠNG 10 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ ARPA 118 10.1 Tổng quan ARPA 118 10.2 Nguyên lý hoạt động ARPA 120 10.3 Tiêu chuẩn IMO ARPA 121 CHƢƠNG 11 ỨNG DỤNG CỦA RADAR TRONG HÀNG HẢI 126 11.1 Trình tự vận hành điều chỉnh Radar 126 11.2 Khai thác chức 127 11.3 Khai thác chức nâng cao 129 11.4 Công tác kiểm tra bảo dƣỡng Radar 131 CHƢƠNG 12 KHAI THÁC SỬ DỤNG MỘT SỐ RADAR HÀNG HẢI 132 Phụ lục CÁC ĐẶC TÍNH TIÊU CHUẨN THEO IMO ĐỐI VỚI RADAR HÀNG HẢI Tài liệu tham khảo CHƢƠNG 1.1 HỆ THỐNG VÔ TUYẾN DẪN ĐƢỜNG LORAN – C Khái niệm hệ thống LORAN – C Loran-C hệ thống Vô tuyến dẫn đƣờng sử dụng sóng vơ tuyến mặt đất để xác định vị trí tầm xa, đƣợc phát triển dựa tảng hệ thống Loran A Hệ thống dùng sóng vô tuyến tần số thấp LF ( khoảng 100kHz ) dƣới dạng xung Tầm xa hoạt động đến khoảng 2000 hải lý nhờ sử dụng tần số thấp, đƣờng sở dài Loran-C kết hợp nguyên lý hai hệ thống trƣớc Decca Loran-A nên gọi hệ thống Xung-Pha Hiện Loran C dần đƣợc thay hệ thống định vị vệ tinh Tuy nhiên số khu vực sử dụng trì nâng cấp nhƣ hệ thống dự phòng 1.2 Nguyên lý xây dựng hệ thống 1.2.1 Cơ sở lý thuyết: Máy thu Loran C thu nhận sóng vơ tuyến từ đài phát, xác định hiệu thời gian truyền sóng máy thu với trạm chủ ( Master) trạm phụ (Slave) Từ có đƣờng vị trí (Line of Position-LOP)là đƣờng đẳng hiệu thời gian, quỹ tích điểm có giá trị hiệu thời gian đến trạm chủ trạm phụ (là đƣờng hyperbol) Xác định hiệu khoảng cách đến 02 cặp trạm Chủ - Phụ ta thu đƣợc 02 đƣờng vị trí, từ xác định đƣợc vị trí tàu (vị trí máy thu) Trong hệ thống Loran C, tín hiệu vô tuyến dƣới dạng xung đƣợc phát liên tục từ trạm chủ M trạm phụ S Khoảng cách từ vị trí tàu P đến trạm lần lƣợt DM DS, tƣơng ứng với thời gian truyền sóng tM tS Ta có: Δt => / DM - DS / = / tM - tS / = / DM - D S / = Δt.C Nhƣ với giá trị hiệu thời gian thu đƣợc cho ta 02 đƣờng vị trí đối xứng với qua đƣờng trung tâm, tức hệ thống có tính lưỡng trị Để loại trừ tính lƣỡng trị ngƣời ta dùng kỹ thuật tạo thời gian trễ để đảm bảo tín hiệu từ trạm phụ ln đến sau tín hiệu từ trạm Trong chu kỳ phát, trạm M phát tín hiệu Trạm phụ S chờ nhận đƣợc tín hiệu từ trạm phát tín hiệu trạm Nhƣ trạm phụ ln phát trễ trạm khoảng thời gian thời gian truyền sóng trạm chủ trạm phụ ( thực tế có khoảng thời gian trễ khác độ ì thiết bị) Khi tính lƣỡng trị hệ thống đƣợc loại trừ, giản đồ đƣờng vị trí có dạng nhƣ sau: 1.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống: Hệ thống Loran-C bao gồm trạm phát bờ, máy thu Loran-C hải đồ chun dụng Loran-C Ngồi trạm phát trạm phụ cịn có hệ thống điều khiển giám sát, tính tốn thời gian Một trạm chủ từ đến trạm phụ hợp thành chuỗi trạm (mắt xích) Trạm chủ đƣợc gán tên M trạm phụ lần lƣợt mang tên W, X, Y, Z nhƣ mơ tả hình Một trạm chủ phối hợp với 2, trạm phụ hình thành mắt xích LoranC Đƣờng sở cặp trạm M S (đƣờng nối trạm) có chiều dài 800 ~1200 hải lý Bằng cách bố trí nhƣ hình, tình bình thƣờng, ngƣời sử dụng nhận đƣợc đƣờng vị trí có góc giao hợp lý Để phân biệt tín hiệu từ trạm phụ với nhau, đảm bảo tránh nhiễu sóng trạm phụ tính đơn trị, trạm phụ phát theo trình tự định Theo đó, chuỗi có trạm phát theo thứ tự M-X-Y, trạm M-X-Y-Z, trạm M-W-X-Y-Z Để thực phát theo trình tự trạm phụ áp dụng nguyên tắc tạo thời gian trễ tƣơng tự nhƣ Các trạm mắt xích phát tín hiệu đồng theo trật tự nghiêm ngặt từ trạm đến trạm phụ cuối Tín hiệu trạm phụ gồm bó xung, xung có chiều dài 200 μs, giãn cách xung 1000 μs Tín hiệu trạm gồm xung (để phân biệt với tín hiệu trạm phụ) gồm xung giống nhƣ trạm phụ xung thứ cách xung thứ khoảng 2000 μs (xem hình vẽ) Bắt đầu chu trình phát, trạm phát tín hiệu gồm nhóm xung Khi xung trạm truyền tới trạm phụ thứ trạm phụ giữ chậm lại khoảng thời gian định phát tín hiệu gồm nhóm xung Khi xung tín hiêu trạm phụ thứ truyền tới trạm phụ thứ hai trạm phụ giữ chậm lại khoảng thời gian phát tín hiệu gồm nhóm xung… nhƣ trạm phụ cuối Khi xung trạm truyền tới trạm trạm giữ chậm lại khoảng thời gian phát xung tín hiệu gồm nhóm xung, bắt đầu chu trình phát 1.3 Xác định vị trí tàu máy thu Loran-C: Việc xác định vị trí tàu hệ thống LORAN-C thông qua sử dụng máy thu để xác định thơng số cặp đƣờng vị trí LOPs thơng số tọa độ vị trí tùy thuộc vào loại máy thu Có loại máy thu Loran C: - Máy thu lƣỡng dụng A/C: dùng phƣơng pháp đo xung đồng nhân công Loại máy thu lƣỡng dụng cho biết hiệu thời gian, việc xác định vị trí phải dùng hải đồ chuyên dụng Độ xác loại khơng cao, khơng cịn sử dụng Với máy thu lƣỡng dụng (cổ điển), sử dụng thị để hiển thị tín hiệu trạm trạm phụ ảnh, muốn xác định đƣợc vị trí tàu, sau thu đƣợc hiệu thời gian cặp trạm máy thu, ta phải hiệu chỉnh sai số song truyền, sau đƣa giá trị hiệu thời gian thao tác hải đồ chuyên dụng có vẽ sẵn mạng lƣới đƣởng đẳng trị Hyperbol, từ có đƣợc vị trí tàu Nếu chạy tàu đại dƣơng thƣờng phải sử dụng hải đồ chuyên dụng Loran-C có tỉ lệ xích nhỏ, hải đồ thƣờng thiếu nhiều thơng tin cần thiết để dẫn tàu Do hải đồ chuyên dụng nhƣ thƣờng dùng để xác định vị trí, sau phải chuyển vị trí lên hải đồ biển để dẫn tàu Nếu chạy tàu ven biển, hải đồ chạy tàu đƣợc in mạng lƣới Hyperbol mắt xích Loran-C bao phủ khu vực đó, ta thao tác trực tiếp hải đồ chạy tàu để xác định vị trí Loran-C Trƣờng hợp khơng có hải đồ chun dụng Loran-C, nhƣng có bảng tốn Loran-C thi ta sử dụng để tính tốn vị trí tàu Nguyên tắc phƣơng pháp sử dụng giá trị hiệu thời gian đo đƣợc máy thu để tính tốn vẽ trực tiếp đƣờng Hyperbol vị trí lên hải đồ Việc vẽ đƣợc thực cách tìm giao đƣờng vị trí Hyperbol với hai đƣờng kinh độ vĩ độ chẵn liên tiếp nằm gần với vị trí dự đốn tàu ta Sau nối hai giao điểm để có đƣờng vị trí Hyperbol 10 Màn hình đồ hoạ Khi thơng tin AIS đƣợc hiển thị hình đồ hoạ phải hiển thị loại mục tiêu sau:  Mục tiêu t nh ( Sleeping target)) Một mục tiêu tĩnh biểu thị diện tàu có trang bị AIS khu vực quan tâm Khơng có thơng tin khác mục tiêu tĩnh trƣớc khởi động để tránh tải thông tin  Mục tiêu hoạt động ( Activated target) Nếu SQTC muốn biết nhiều chuyển động tàu đơn giản khởi động mục tiêu tĩnh, liệu sau hiển thị sau khởi động:  Một vector (tốc độ hƣớng qua đất)  Hƣớng mũi tàu  Tốc độ quay (ROT- có) để báo biến đổi hƣớng thực tế  Mục tiêu chọn (Selected target) Nếu SQTC muốn biết thông tin chi tiết mục tiêu (mục tiêu tĩnh mục tiêu động) chọn mục tiêu Các liệu thu nhận đƣợc với CPA, TCPA hiển thị cửa sổ theo thứ tự chữ số Trạng thái hàng hải đặc biệt đƣợc hiển thị theo thứ tự chữ số, không hiển thị trực tiếp với mục tiêu  Mục tiêu nguy hiểm ( Dangerous target) Nếu mục tiêu AIS (động hay tĩnh) đƣợc tính tốn vƣợt qua giới hạn CPA TCPA cài đặt trƣớc chúng đƣợc phân loại hiển thị trở thành mục tiêu nguy hiểm thiết bị AIS phát tín hiệu báo động  Mất mục tiêu ( Loss target) Nếu tín hiệu mục tiêu AIS nằm khoảng cách cài đặt trƣớc mà máy không thu nhận đƣợc hình xuất ký hiệu mục tiêu bị phát tín hiệu báo động  Ký hiệu (Symbol) SQTC phải quen thuộc ký hiệu hình đồ hoạ Sử dụng AIS t nh tránh đâm va Khả AIS đƣợc thừa nhận nhƣ thiết bị tránh va, điều đƣợc khuyến nghị thời gian tới 52 Tuy nhiên, dùng thông tin AIS để hỗ trợ cho việc định tránh va Khi sử dụng AIS cho mục đích tránh va theo thể thức tàu tàu cần phải ghi nhớ điều sau đây: AIS cung cấp nguồn thông tin hàng hải phụ trợ, hỗ trợ mà khơng thay cho hệ thống hàng hải khác nhƣ rađa, theo đuổi mục tiêu VTS Việc sử dụng AIS không loại bỏ trách nhiệm SQTC tuân thủ thƣờng xuyên Luật tránh va Khi tàu đƣợc phát hiện, AIS hỗ trợ việc theo đuổi nhƣ mục tiêu Bằng cách giám sát thông tin mục tiêu phát ta giám sát hành động Chẳng hạn, thay đổi hƣớng hoặc hƣớng mũi hiển thị hình AIS giúp nhận dạng mục tiêu tên, hô hiệu loại tàu, trạng thái hàng hải nó, SQTC khơng đƣợc dựa vào thông tin AIS mà phải vận dụng thông tin khác liên quan đến an tồn có sẵn buồng lái để định hành động Việc sử dụng AIS khơng ảnh hƣởng đến việc cấu thành ca trực hàng hải Ca trực hàng hải xác định theo Công ƣớc STCW AIS hoạt động VTS  Thông tin AIS gián tiếp Các trạm VTS phát thơng tin tàu mà tàu lại khơng lắp đặt AIS Trạm VTS theo dõi tàu nhờ trạm rađa VTS phát qua AIS tàu có lắp AIS Phải phân biệt rõ ràng mục tiêu AIS gián tiếp đƣợc phát từ VTS Cần đặc biệt thận trọng sử dụng thông tin đƣợc chuyển tiếp thơng qua bên thứ ba Độ xác cúa mục tiêu khơng hồn tồn giống nhƣ mục tiêu thu trực tiếp, nội dung không đủ  Bản tin minh ngữ Trung tâm VTS phát tin ngắn cho tàu cho tất tàu cho tàu nằm khoảng cách định khu vực đặt biệt đó, chẳng hạn:  Cảnh báo hàng hải ( khu vực)  Thông tin quản lý luồng giao thông  Thông tin quản lý cảng Ngƣời điều khiển trạm VTS yêu cầu, tin minh ngữ, ngƣời điều khiển AIS tàu phải xác nhận điều 53 Lƣu ý trạm VTS phải liên tục đàm thoại qua VHF Không đƣợc xem nh tầm quan liên lạc ngữ Liên lạc ngữ quan trọng làm cho ngƣời điều khiển VTS có thể:  Đánh giá khả liên lạc hội thoại tàu  Việc thiết lập đƣờng dây liên lạc hội thoại cần thiết tình hiểm ngh o Hệ thống báo cáo b t buộc tàu: AIS đóng vai trị lớn hệ thống báo cáo tàu Các thông tin cần thiết cho Chính quyền hành vùng ven bờ hệ thống bao gồm liệu tĩnh động có liên quan đến hành trình đƣợc AIS cung cấp cách tự động AIS đƣợc ứng dụng tác nghiệp tìm kiếm cứu nạn, đặc biệt tác nghiệp có liên quan đến máy bay trực thăng tìm mặt nƣớc AIS cho phép hiển thị trực tiếp vị trí tàu bị nạn hình rađa, ECS/ECDIS hỗ trợ cho việc tìm kiếm tàu/canơ SAR Đối với tàu bị nạn khơng có trang bị AIS Nhóm phối hợp trƣờng (OSC) tạo mục tiêu AIS gián tiếp để thực SAR Hỗ tr hàng hải AIS lắp ráp cho thiết bị trợ hàng cố định trơi có chọn lọc cung cấp cho ngƣời sử dụng liệu nhƣ:  Vị trí  Trạng thái  Các liệu dòng chảy thuỷ triều  Thời tiết tầm nhìn xa Khai thác sử dụng máy thu AIS 3.2 - Khai thác máy JHS 182 Khai thác máy FA 150 54 CHƢƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ HIỂN THỊ HẢI ĐỒ ĐIỆN TỬ - ECDIS 4.1 Giới thiệu chung hệ thống ECDIS 4.1.1 Khái niệm Hải đồ điện tử ECDIS: Hải đồ điện tử (Electronic Charts – NCs) dạng hải đồ đƣợc xây dựng dựa việc ứng dụng kỹ thuật số công nghệ máy tính, nhằm dần thay cho khối lƣợng lớn hải đồ giấy phƣơng pháp hàng hải truyền thống Hải đồ điện tử có đầy đủ tính hải đồ biển theo quy định SOLAS với nhiều tiện ích hỗ trợ khác Có thể nói, hải đồ điện tử hệ hải đồ giấy Các hình thức lƣu trữ liệu điện tử làm đơn giản hóa cơng việc hàng hải truyền thống nhƣ lập tuyến hành trình, quản lý cập nhật hải đồ, nhƣ có khả tự động hiển thị đƣờng di chuyển tàu thông qua thiết bị định vị vệ tinh Các đặc điểm hải đồ điện tử nâng cao tính an toàn hàng hải bao quát tình hình chung, đặc biệt hành hải khu vực có mật độ giao thông cao khu vực nước hạn cheá Khi hệ thống hải đồ điện tử sử dụng sở liệu địa lý Cơ quan thủy văn có thẩm quyền cung cấp, đáp ứng tiêu chuẩn tài liệu S-57 IHO, phù hợp với yêu cầu SOLAS 74 (quy định V/19 V/27) tạo thành Hệ thống thông tin hiển thị hải đồ điện tử – ECDIS Theo IMO, thiết bị ECDIS đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Hệ thống thông tin hiển thị hải đồ điện tử (ECDIS) ngh a hệ thống thông tin hàng hải, mà c chuẩn bị dự phòng chu đáo, c thể chấp nhận tuân theo yêu cầu cập nhật hải đồ theo điều 19 27 chương V SOLAS B ng cách hiển thị lựa chọn thông tin từ hệ thống hải đồ điện tử (SENC) với thông tin vị trí, thơng tin hàng hải từ thiết bị hàng hải để hỗ trợ cho người biển việc lập kế hoạch hành trình, quản lý hành trình, hiển thị thơng tin hàng hải liên quan cần thiết (nghị A.817 (19) IMO) 55 ECDIS bao gồm thiết bị phần cứng phần mềm đƣợc thiết kế cho mục đích hành hải tàu phù hợp tiêu chuẩn kỹ thuật đƣợc qui định Hệ thống ECDIS sử dụng k m với hải đồ điện tử ENCs Một đặc điểm quan trọng ECDIS khả báo động – generating alarms (mắc cạn, chệch hƣớng, v.v…), dựa cảm biến, tín hiệu kết nối phân tích thơng tin hải đồ 4.1.2 Phân loại Hải đồ điện tử: Dựa nguyên lý xây dựng hải đồ phƣơng pháp Vector (phƣơng pháp truy đọc) phƣơng pháp Raster ( phƣơng pháp quét mành ), phân chia thành 02 loại tƣơng ứng: - Hải đồ Vector (Electronic Navigational Charts – ENCs): tuân thủ đầy đủ yêu cầu IMO quy định SOLAS (V/19 V/27) 56 Nguyên lý xây dựng hải đồ theo phƣơng pháp Vector lấy thông số địa lý đƣờng bờ, độ sâu, mục tiêu riêng biệt… tạo thành giá trị liệu số lƣu giữ theo lớp Phƣơng pháp cho phép hiển thị số liệu giống nhƣ hải đồ liên tục (khơng có đƣờng nối) hiển thị phần tùy chọn Với việc xếp lớp, cửa sổ liệu chƣa cần sử dụng khơng hiển thị, khơng gây rối loạn mặt báo Vì sử dụng phƣơng pháp truy đọc liệu, ENCs kết nối với hệ thống khác tàu để tự động xử lý đƣa tín hiệu báo động cảnh báo - Hải đồ Raster (Raster Navigational Charts – RNCs): đƣợc sử dụng tàu nhƣ thiết bị hỗ trợ RNCs sử dụng phƣơng pháp quét ảnh để tái hải đồ giấy thành dạng điện tử Hình ảnh quen thuộc hải đồ giấy giúp ngƣời sử dụng tin tƣởng việc dùng hải đồ điện tử so sánh trực tiếp hình ảnh hình hải đồ có bàn hải đồ RNCs gồm nhiều pixels tạo nên hình ảnh kỹ thuật số phân bố theo bề mặt, pixel tƣơng ứng với điểm địa lý, tạo khả cập nhật liên tục vị trí tàu kết nối với hệ thống định vị vệ tinh (GPS) Khác với ENCs, RNCs lựa chọn hiển thị theo yêu cầu Dữ liệu hải đồ không đƣợc truy cập tự động mà phải đƣa vào tay thao tác đƣờng Việc lựa chọn hải đồ có tỉ lệ xích khác ( nhằm chuyển vị trí tàu sang hải đồ có tỉ lệ xích lớn để tăng độ xác) khơng thể thực đƣợc Các chi tiết hải đồ cố định, ngƣời sử dụng dùng chế độ Zoom để phóng to vùng nhằm quan sát, giống nhƣ chức kính lúp khơng phải lựa chọn hải đồ tỉ lệ xích lớn có nhiều chi tiết độ tin cậy cao Hải đồ RNC phải tuân thủ tiêu chuẩn liệu S61 IHO đem sử dụng Cơ quan thủy văn có thẩm quyền chấp nhận 4.1.3 Th ng tin ECDIS nguyên t c hiển thị: Thông tin ECDIS bao gồm thông tin chi tiết về: - Các đèn biển cung chiếu sáng n - Các giá trị độ sâu 57 - Tên địa danh ghi hải đồ - Các phao - Các tuyến hành trình - Hình ảnh radar - Mạng lưới kinh v độ - Khu vực cấm - Đường đẳng sâu - Tuyến lại phà - Khu vực hạn chế cảnh báo - Chi tiết nguy hiểm đ c biệt - Chi tiết phương tiện trợ giúp hàng hải - Nội dung thông báo; cảnh báo - Ngày phát hành ENC - Các số liệu trắc địa, độ biến thiên địa từ Các thơng tin đƣợc phân thành nhóm theo ngun tắc hiển thị nhƣ sau: - Nhóm thơng tin bản: gồm đƣờng bờ biển, đƣờng đẳng sâu, nguy hiểm cá biệt, cầu bến, hệ thống phân luồng, tỉ lệ xích hải đồ… Nhóm thơng tin ln ln đƣợc hiển thị, ngƣời sử dụng khơng xóa đƣợc - Nhóm thơng tin chuẩn: gồm thơng tin thông tin phƣơng tiện trợ giúp, khu vực hạn chế, cảnh báo… Ngƣời sử dụng có khả lƣợc khỏi hình, nhƣng thơng tin bị lƣợc bỏ xuất cảnh báo hình - Nhóm thơng tin bổ sung: Gồm điểm độ sâu, chi tiết nguy hiểm cá biệt, số liệu trắc địa, ngày phát hành hải đồ điện tử, độ biến thiên địa từ… Cho phép chọn lựa hiển thị thông tin nhóm thơng tin bổ sung Việc giản lƣợc hay bổ sung đƣợc thực đơn giản ECDIS hiển thị thơng tin hải đồ nhiều mức độ chi tiết khác Ngƣời sử dụng chọn bổ sung thêm chi tiết cho hải đồ hay xoá bỏ số chi tiết 58 khơng cần thiết khỏi hình Với chức này, ECDIS giúp cho ta có đƣợc hình ảnh rõ ràng hải đồ, giảm thời gian quan sát, tăng cƣờng thời gian cảnh giới Trên sở nguyên tắc hiển thị mục đích sử dụng, ngƣời sử dụng lựa chọn để giản lƣợc hình ảnh hải đồ cho việc quan sát thuận lợi Tuy nhiên phải lƣu ý việc giản lƣợc thơng tin khơng đƣợc ảnh hƣởng đến mức độ an toàn dẫn tàu Minh họa cho mức hiển thị thơng tin ECDIS: tối thiểu, trung bình tối đa: 4.1.4 Các yêu cầu pháp lý ECDIS: - Các tiêu chuẩn kỹ thuật: Để hải đồ điện tử ECDIS thỏa mãn độ tin cậy có chức tối thiểu nó, IMO đưa Tiêu chuẩn thực tiên quyết, nêu rõ ECDIS phải thiết bị cho phục vụ thay hợp lý hải đồ giấy Nghị A.817(19) quy định nội dung cụ thể ECDIS Phụ lục (RCDS 1998) nghị quy định việc sử dụng hải đồ Raster (RCDS) cho đáp ứng yêu cầu mục V chương 20 – SOLAS hải đồ trang bị tàu Vấn đề thay đổi hải đồ giấy hải đồ điện tử phải phù hợp với yêu cầu chương V/20 – SOLAS, quy định hải đồ giấy theo phương pháp hàng hải truyền thống Xuất phẩm IHO – S 61 “Quy định tiêu chuẩn kỹ thuật hải đồ Raster” đưa hướng dẫn việc cung cấp liệu Nghị quyế t Ban an toàn hàng hải IMO – MSC 86(70) cho phép thiết bị ECDIS hiển thị hải đồ raster 59 (RCDS) hải đồ vector (ENC) Kiểu hoạt động RCDS mô tả phụ lục – “Tiêu chuẩn thi hành IMO thiết bị ECDIS” Các tiêu chuẩn IMO sở để quan an toàn hàng hải quốc gia xem xét liệu ECDIS có chức tương đương với hải đồ giấy yêu cầu cho quy định V/ 20 – SOLAS 1974 hay không IMO đặc biệt yêu cầu phủ thành viên đốc thúc quan Thủy văn Quốc gia sản xuất hải đồ điện tử (ENCs) cung cấp dịch vụ cập nhật tương thích sớm tốt, phải đảm bảo việc đáp ứng tiêu chuẩn theo quy định thiết kế sản xuất - Các u cầu trang bị cho tàu biển: theo quy định đội ngũ Sĩ quan trực ca phải đƣợc huấn luyện tổng quát sử dụng ECDIS theo tiêu chuẩn huấn luyện đào tạo IMO/STCW, đồng thời phải trải qua khóa huấn luyện nhà chế tạo ECDIS mà tàu đƣợc trang bị Quy định thời hạn tàu phải trang bị ECDIS nhƣ sau: 4.2 Khai thác sử dụng thiết bị ECDIS Việc khai thác sử dụng thiết bị ECDIS dựa hƣớng dẫn cụ thể nhà sản xuất cho thiết bị, liên quan đến nội dung sau: - Cài đ t hệ thống 60 - Làm quen giao diện, tùy chọn công cụ thông tin hiển thị - Cài đ t, thay đổi quản lý liệu hải đồ - Tu ch nh hải đồ (b ng tay tự động) - Tạo lập tuyến hành trình - Quản lý, kiểm soát tùy ch nh cho tuyến hành trình - Quản lý liệu kết nối báo động T m hiểu phần mềm m ECDIS SEA PRO 3000 61 CHƢƠNG 5.1 NGUYÊN LÝ CỦA RADAR HÀNG HẢI Khái niệm chung Radar hàng hải: Radar phƣơng tiện vô tuyến điện dùng để phát xác định vị trí mục tiêu so với trạm radar Vì radar đƣợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực quân giao thông, đặc biệt ngành đƣờng biển đƣờng không Thuật ngữ RADAR viết tắc Radio Detection And Ranging, tức dùng sóng vơ tuyến để xác định phƣơng vị khoảng cách tới mục tiêu Dù nguyên lý radar đƣợc nhàkhoa học Anh Mỹ phát chiến tranh giới thứ hai, việc dùng tín hiệu dội nhƣ thiết bị hàng hải phát minh Trƣớc có radar, hành hải sƣơng mù gần bờ biển gồ ghề, tàu thuyền thổi hồi cịi, bắn phát súng, gõ chng Khoảng thời gian từ phát tín hiệu âm đến nhận đƣợc tín hiệu phản hồi khoảng cách từ tàu tới bờ biển vách đá, đồng thời hƣớng nghe đƣợc tín hiệu dội cho biết góc phƣơng vị tƣơng đối (góc mạn) bờ biển so với tàu Từ đời đến nay, radar không ngừng đƣợc cải tiến, ngày đƣợc hoàn thiện Cùng phát triển ngành khoa học, đƣợc ứng dụng thành tựu tự động hóa, kỹ thuật điện, với phát triển vơ tuyến điện tử ; tính kỹ thuật, khai thác hoạt động radar đƣợc nâng cao khơng ngừng Đến với tính ƣu việt nó, tất loại tàu hàng hải biển trang bị radar Radar sâu phục vụ đời sống Với cán hàng hải, để dẫn tàu an toàn cần phải biết xác vị trí tàu chuyển động tƣơng quan với mục tiêu biển Radar sẵn sàng cung cấp thông tin cách xác nhanh chóngtrong khoảng thời gian ngắn để tránh va, xác định vị trí tàu … Từ vấn đề quan trọng đó, radar trở thành phƣơng tiện dẫn đƣờng chủ yếu đảm bảo an toàn cho tàu hành hải Đặc biệt hành hải nơi có mật độ tàu thuyền lớn, hành hải ven bờ, sƣơng mù, băng, đêm tối, tầm nhìn xa bị hạn chế … Đặc biệt loại radar phát xung đƣợc sử dụng hầu hết tàu biển 5.2 Nguyên lý hoạt động RADAR hàng hải 5.2.1 Nguyên lý chung: Để đo khoảng cách, radar xung sử dụng nguyên lý nhƣ sau: dùng sóng điện từ siêu cao tần (sóng radio) phát vào không gian dƣới dạng xung radio thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở Cơng thức tính: 62 D Trong đó: C *t - D: khoảng cách từ radar đến mục tiêu - C: tốc độ truyền s ng (3*108 m/s) - t: thời gian truyền s ng (đi phản xạ trở về) Tính chất sóng radio: - Lan truyền khơng gian theo đường thẳng - Tốc độ lan truyền không đổi: C = 3*108 m/s - Mang lượng lớn, g p mục tiêu phản xạ trở Mô tả nguyên lý chung radar theo sơ đồ khối: Khoái đồng Máy phát Khối chuyển mạch Khối báo Anten Maùy thu Diễn giải: máy phát tạo xung điện từ siêu cao tần, qua chuyển mạch, tới anten, xạ vào không gian Xung radio g p mục tiêu phản xạ trở về, qua chuyển mạch vào máy thu, qua khuếch đại sửa đổi tín hiệu cho ta tín hiệu quan sát hình 5.2.2 Nguyên lý ảnh: Trong radar sử dụng ống phóng tia điện tử CRT hình LCD để thể ảnh mục tiêu Giả sử thời điểm t1 có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về, sau biến đổi tạo cathode tín hiệu âm bình thƣờng (tín hiệu dƣơng vào lƣới ống phóng tia điện tử)  thời điểm mật độ tia điện tử bắn hình nhiều hơn, làm điểm sáng sáng lên – ảnh mục tiêu Khi tia quét qua, 63 nhờ có lớp lƣu quang nên điểm sáng lƣu lại Một mục tiêu khác xa tâm nên tín hiệu sau (thời điểm t2) nên ảnh xa tâm Anten tia quét quay đồng bộ, đồng pha Mục tiêu nhỏ, búp phát lƣớt qua nhanh nên tín hiệu phản xạ trở nhỏ  ảnh hình nhỏ Giả sử có mục tiêu dãi bờ, tín hiệu phản xạ trở dãi sáng liên tục Vậy mục tiêu nhỏ thời gian sóng phản xạ nên ảnh thể nhỏ ngƣợc lại Để tia quét quay đồng bộ, đồng pha với anten, ngƣời ta tạo cổ CRT từ trƣờng xoay cách đƣa vào cuộn lái tia để từ trƣờng điều khiển tia quét quay đồng bộ, đồng pha với anten Để tia quét chuyển động từ tâm biên, ngƣời ta tạo xung cƣa đƣa vào cuộn lái tia để xung điều khiển tia điện tử chuyển động từ tâm biên 5.2.3 Nguyên lý đo khoảng cách Radar phát xung radio anten lan truyền vào không gian thám sát mục tiêu đồng thời điểm sáng (trên tia quét) chạy từ tâm biên ảnh Khi xung gặp mục tiêu phản xạ trở điểm sáng chạy đƣợc khoảng bán kính ảnh tƣơng ứng tỉ lệ với khoảng cách thực tế Tại điểm đó, điểm sáng sáng lên có tín hiệu mục tiêu đƣa vào cathode ống phóng tia điện tử Nhƣ sóng phản xạ từ mục tiêu gây vùng sáng hình có hình dáng, kích thƣớc phụ thuộc hình dáng, kích thƣớc mục tiêu Do cần nhìn vị trí vùng sáng ảnh xác định đƣợc khoảng cách thực tế mục tiêu ngồi thực địa Mục tiêu xa đốm sáng gần biên ảnh, ngƣợc lại mục tiêu gần đốm sáng gần tâm nàn ảnh (vị trí tàu ta) Độ sáng ảnh phụ thuộc mức độ phản xạ mục tiêu Nếu gọi t khoảng thời gian từ phát xung thu đƣợc sóng phản xạ từ mục tiêu trở radar, khoảng cách từ anten tới mục tiêu là: D Trong đó: C *t - D: khoảng cách từ radar đến mục tiêu - t: thời gian truyền s ng - C: vận tốc truyền s ng mơi trường Mà t đó: d: C *d d  D  k *d 2v v khoảng cách từ tâm đến vị trí điểm sáng hình 64 v: tốc độ dịch chuyển điểm sáng hình Nhƣ muốn đo khoảng cách từ tàu ta tới mục tiêu cần đo khoảng cách từ tâm hình tới ảnh mục tiêu qua cấu biến đổi tỉ lệ Mặt khác: t max  2D max  C Cr r  v v 2D max Nghĩa thang tầm xa khác tốc độ tia quét khác Minh họa điều nhƣ sau: giả sử có mục tiêu nằm đƣờng phƣơng vị so với tàu ta Khi mục tiêu có ảnh tƣơng ứng I II đƣờng phƣơng vị hình Các khoảng cách d1 & d2 I II so với tâm hình tỉ lệ với khoảng cách D1 & D2 mục tiêu so với radar thực tế D2 D1 d I II I II d1 d2 D 5.2.4 Nguyên lý đo góc Để đo đƣợc góc mạn mục tiêu, anten quay phát sóng vào khơng gian thám sát mục tiêu, ảnh tia quét quay Ngƣời ta thiết kế cho chúng quay đồng pha đồng với nhau, nghĩa anten tia quét có tốc độ quay, búp phát trùng mặt phẳng trục dọc tàu tia quét hƣớng 00 mặt báo Radar phải lúc bao quát đƣợc khu vực quanh tàu, đảm bảo phân biệt đƣợc mục tiêu hƣớng khác chúng không nằm dính vào để thực điều này, ngƣời ta thiết kế cho anten quay tròn 3600 có tính định hƣớng sóng phát: anten radar xạ sóng điện từ vào khơng gian có giản đồ phát hình búp (gọi búp phát radar) Đặc trƣng búp phát góc mở ngang n góc mở đứng đ, nghĩa góc theo mặt cắt ngang đứng Búp phát radar có n